光纤光缆技术之微管气吹技术的工作原理

2020-02-10 12:01:00

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供稿：网友

光纤光缆微缆气吹技术的概念

光纤光缆微缆气吹（JETnet)技术是荷兰NKF光缆公司全球首创的光缆气吹布放技术，由长飞光纤光缆（上海）有限公司引进国内市场，采用管道吹缆专用微型管道光缆气吹敷设工艺（即母管＋子管＋微缆敷设技术）。该技术利用气吹敷缆的方法，先将微管吹进已敷设的母管中，然后根据客户需求，可分批次将微缆吹进微管中。该技术可广泛应用于骨干网、城域网、接入网中。

1.微管

1.1微管的类型

微管是气吹系统的一个重要的组成部分，就像城市的道路，在微缆敷设前微管必须先敷设到目的地，并且要求一次性敷设到位。因为第1次敷设的微管和第2次敷设的微管有缠绕的可能，在一根保护管(保护管：保护管指对微管束起保护作用的管道，这种管道可以是气吹用的硅芯管，牵引用的PVC管，市话管道用的子管，格栅管等敷设光缆用的管道)内的微管是不能分批敷设的，目前国内外的微管按结构区分大约有以下2种：

1.1.1集束管

集束管(见图1)有点像我们市话管道上常用的蜂窝管，是由松散的微管单元组成的微管束和外护套两部分在厂家组合而成，但是微管和微管之间，微管单元和外护套之间是不能粘连的，可以有相对的位移。集束管的优点在于管道的密度高，可以在有效的空间内容纳最多的微管。缺点是灵活性较差，管道的开剖不方便(指厚壁的外护套)，内层微管分歧困难，同时抗冲击的能力也较差，由于微管单元是被保护管紧紧地包裹在一起，保护管的变形可以直接造成微管变形。集束管的排列方式和区分见图2。

目前，根据工程的用途不同，集束管分为直埋型，管道型，捆绑型，扁平型，架空型，阻燃型，防白蚁型和铠装型。从外形区分，集束管有圆形，多边形，方形和扁平型。圆形的集束管多为厚壁外护套的集束管，多边形的集束管一般是薄壁外护套的集束管，方形和扁平型的集束管有厚壁的也有薄壁的外护套，见图3和图4。

直埋型集束管：直埋型集束管是由厚壁外护套加标准壁厚的微管单元或薄壁外护套加厚壁微管单元组成，为了解决厚壁外护套的集束管开剖难的问题和提高集束管的灵活性，厚壁外护套的集束管开始向薄壁外护套的集束管转变。直埋型集束管可以直接买入管道的沟槽内。

管道型集束管：管道型集束管是由薄壁的外护套和标准壁厚的微管单元组成，适合于楼宇内的敷设和在有保护管的管道内气吹或牵引。

捆绑型微管束：捆绑型集束管是采用较细的尼龙绳通过捆绑的方式将微管单元组合在一起，可以用于牵引，气吹和直埋敷设，采用何种敷设方式，取决于微管单元的壁厚和保护管的材料。这种外形的集束管可以最大限度地利用保护管和槽道的空间，组合的方式很灵活。在1根40/33mm的保护管内可以气吹4组，每组6根4/3mm的微管单元。

扁平型集束管：扁平形集束管多用于城区内利用机械开挖的标准槽道，这种槽道的宽度很窄，因此扁平的集束管就非常适合于这种槽道，同时在线路的水平转弯点也没有问题。但是对于高低起伏的线路，这种集束管在方向变化点的敷设就比较困难。为了解决这个问题，一种可以卷曲成圆形的扁平集束管已经问世。

架空型集束管：架空型的集束管是一种8字结构的集束管，厂家将集束管和架空支撑的加强单元组合在一起，适用于接入和下户。

阻燃型集束管：阻燃型的集束管主要由低卤无烟的微管单元和外护套组成，用于楼宇内的直接敷设。

防白蚁集束管：防白蚁集束管的外护套是采用一种能增强管道的机械强度和提供化学保护的材料来防止白蚁的破坏。

铠装型集束管：铠装型集束管是在外护套内采用一层波纹钢带来保护微管束，可以有效地防止动物的啃咬。

厚壁外护套加标准壁厚的微管单元组合成的直埋型集束管薄壁外护套加厚壁的微管单元组合成的直埋型集束管很薄的外护套加标准壁厚的微管单元组合成的管道型集束管没有外护套，所有的标准壁厚的微管单元采用细绳捆绑而成

由薄壁外护套加厚壁微管单元组成的扁平形集束管由相同直径的厚壁微管单元或不同直径的厚壁微管单元组合而成的新型扁平集束管由薄壁微管单元，厚壁外护套加吊线组合成的"8"字架空集束管或下户用的架空微管单元。

1.1.2微管单元

微管单元是由HDPE材料加内壁的硅芯层组合而成的，一般而言，5mm以上的微管直径的内壁都有导流槽，而5mm以下的微管直径的内壁都没有导流槽。目前，国际上的微管外径一般从3mm到16mm。在1根微管内可以容纳的光纤芯数从1芯到288芯甚至更高。光纤单元和微缆在气吹时，硅芯层主要起减小缆管之间的摩擦系数的作用。气吹完毕后，硅芯层仍然保持在微管的内壁上，有利于日后的维护和线缆的更换。微管单元有标准壁厚和加厚型微管，标准壁厚的微管可以用来牵引和气吹，加厚型的微管单元可以用于直埋。气吹的微管单元见图5。

在1跟40/33mm的硅芯管内气吹4组，每组6根，共24根4/3mm的捆绑式的集束管在1根40/33mm的硅芯管内气吹5根10/8mm的微管单元。

微管单元的优势有：

1. 简单和灵活的敷设方式：

如果保护管是硅芯管，利用微管气吹机(Superjet MD)可以根据保护管的内径尺寸将一定数量的微管束按照模具的形状一次性吹进已经敷设好的保护管内。如果保护管是其它管道，如PE子管，格栅管，PVC大管等管道，也可以采用牵引技术或水敷设技术将微管束敷设进现有的管道。如果没有空的保护管，微管的扩容技术也可以根据保护管的内径以及保护管内已有光缆外径的比值来考虑是否还可以气吹，水敷设或牵引微管，以及可以气吹或牵引多少根微管。不同的微管敷设方式见图6。

2. 只要有空的保护管就可以对管道进行升级和扩容：

气吹微管束可以充分利用已有的管道资源进行管道的扩容，特别是在老城区和管道资源缺乏的地方。只要有1根空的保护管就可以将管道扩容到3-5根甚至更多，扩容的容量取决于保护管的内径和微管的外径。保护管和气吹微管单元的关系见1.3。

3. 微管束的组合可以根据需求自行选择：

气吹和牵引时，我们可以客户根据微缆芯数的要求，选择不同直径的微管单元。从上表所示，在1根40/33mm的保护管内，我们可以敷设5根10/8mm的微管;也可以敷设2根12/10mm和1根14/12mm的微管，但是这2组微管束的不同组合，却可以对气吹微缆的芯数产生很大的影响。5根10/8mm的微管组合最大可以容纳480芯，但是2根12/10mm和1根14/12mm的微管组合最大可以容纳720芯。

4. 管道的升级可以和发展同步进行：

由于微管系统具有很强的平行升级和纵向升级的能力，微管的直接头和保护管的分歧接头可以随时随地的安装和连接，使微管可以快速地连接到网络的任何位置。当微管敷设完毕之后，微缆可以根据市场的需求分批分阶段地敷设到微管中，不需要预测未来的市场，不需要对有需求和没需求的网络都进行覆盖。

5. 最小的扩容成本，最大限度的扩大管道的利用率：

随着管道的新建成本越来越高，许多地方的管道扩容已经趋于不可能。那么利用微管的扩容技术，不仅可以快速地加大管道的利用率，同时也可以大大增加每根微管内的光纤芯数。例如：1根192芯的光缆直径是14.5mm，通常是在1根40/33mm的硅芯管内仅气吹1根光缆，而1根96芯的微缆，其典型的直径是6.5mm，可以在1根40/33mm的硅芯管内敷设5根96芯的微缆，光纤芯数可以达到480芯，而且这480芯的微缆不需要一次敷设完毕，可以根据市场的需求分期敷设，节约了市场的初期投资成本。

6. 对微缆提供更好的保护：

对于气吹微管和微缆而言，微管和微缆在保护管内都是松弛的，没有应力的产生。当保护管受到外界的拉伸力时，微管和微缆在保护管内的余长可以自动弥补保护管受拉伸出现的变形量。根据气吹原理，微管束不能填充整个管道，因此微管和保护管之间需要有一定的空间，这种空间同时增强了微管的机械强度，保证了保护管的表面在发生轻度变形时，微管单元可以在变形的保护管内通过位移避免变形，不会直接造成微管的损坏。因为气吹微管束在保护管内是松弛的，当保护管受到外界的冲击和拉伸时，微管具有较高的缓冲能力。

7. 最方便的网络维护和最快捷的线缆更换：

微管系统中的微缆出现故障时，可以通过气吹的方法将微缆在线路中的预留快速地气吹到障碍点。只需要1个接头盒就可以修复障碍点。而传统的线路却需要2个接头盒和1段光缆，如果光缆没有余线。当网络中的微缆需要更换时，气吹技术也可以快速地将旧的微缆吹出，新的微缆吹入。

1.2微管单元的气吹指标及结构对气吹的影响

根据微管气吹体系的标准，对微管施工部分的技术要求如下：

1.2.1尺寸

微管必须是圆型的，尺寸如下：

对于气吹微管束而言，微管的尺寸保持在上表的偏差范围内是十分重要的，如果微管直径的正偏差变大，在气吹时，微管就很难通过或不能通过气吹机的密封导向。一般而言，气吹机密封导向的下偏差比微管的上偏差仅大0.2mm。由于密封导向采用的是迷宫式的密封原理，如果密封导向的上偏差加大，迷宫式密封的效果将下降或起不到密封的作用。另外，微管采用插拔式的连接方式，微管的外径偏差加大也会使微管的连接和拆卸困难或者不能连接。如果微管外径的负偏差变大，微管在通过密封导向时，密封导向的密封效果就会变差。同时，微管接头对微管外径的抓紧力也会下降，就会导致微缆在气吹时，微管接头会和微管在管内的高压作用下脱开，微缆会从接头的脱开点窜出造成微缆出现打折的风险。如果微管不是圆的，就会在密封导向上产生很大的摩擦阻力，导致气吹敷管的失败。另外造成微管的接续困难和漏气。

1.2.2色谱

微管根据IEC-304标准采用全色谱，10根微管束选用如下颜色：

对于气吹微管束，色谱对微管的区分是十分重要的。因为微管在气吹时，微管单元在管道内的排列是随意的。如果不用色谱区分，就会增加较大的工作量来区分同样色谱的微管单元。对于集束管而言，由于微管单元的排列是有规则的，因此集束管内的微管单元不需要考虑全色谱，只需要了解微管单元在集束管内的排列规则，集束管在敷设时需要通过色谱来辨别A，B端，气吹微管单元不需要。

1.2.3标识

集束管和微管单元每隔1米都应该有一个可读、可追朔的标码，包括生产日期、商标和微管长度。

微管的长度尺码是非常重要的。不管是气吹、直埋还是牵引，记录下每段微管的尺码带有利于微缆的配盘。

1.2.4压力

在20 C下，微管必须能承受12bar的压力，持续时间为30分钟。

目前，这个压力指标在许多项目上已经被提升到了15bar。因为微管能够承受的压强越大，微缆也就能敷设的越远。因为在微管内高速流动的高压空气将在微缆的表面形成一股推力，压力越高，这个推力也就越大，越有助于气吹长度的增加。当用户非常关注如何在微管有限的空间内最大限度的增加微缆的芯数，那么微缆的直径和微管的内径比就会突破80%的气吹理论限制，气吹效果就会下降许多，如果在同等的条件下，采用15bar的空气压力，气吹效果将会在12bar压力的气吹效果上得到提升。

1.2.5摩擦系数

以圆鼓法测量时，微管的摩擦系数不能超过0.1。

摩擦系数对气吹而言也是一个非常重要的气吹指标，越低的摩擦系数，微管内壁和微缆外壁的摩擦力也就越小，那么在相同的气流的推力作用下，气吹的长度也就越长。对于圆鼓法而言，其摩擦力的测试是建立在牵引的理论基础上，对气吹而言不能反映出气流在管道内流动对摩擦力的影响，但是可以作为一种参考，用于比较不同厂家的微管在牵引模式下的摩擦系数高低。

1.2.6微管盘

微管可以采用纸制、木制或铁制的圆盘包装，但是目前国际上较为流行的是木制的圆盘包装。微管的内端必须引出盘外，并加以防冲击保护，以利于微管在气吹时的管内充气和补气。

用纸板制造的管盘不易储存，如果纸制管盘受潮和雨淋，管盘会立即损坏。同时，纸制管盘的轴孔如果不采用中心定位卡，轴孔会在管盘的旋转过程中损坏，导致管盘不能旋转。铁制的管盘价格较高，同时会增加管盘的重量和运输成本。木制管盘的强度高于纸制的管盘，但是在微管布放的过程中，建议采用中心定位卡，防止轴孔在管盘旋转的过程中破裂。

带中心定位卡的举升架用中心定位卡固定管盘的轴孔。